专利名称：一种高效率的线性可调变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可将变压器输出的交流电直接转变成所需直流电的线性可调AC-DC变换器，属电源技术领域。
背景技术：
目前，将交流电转变成线性可调直流电的装置一般都是先用整流器将交流电转换成固定电压的直流电，然后再用开关电路将固定电压的直流电转换成交流电，最后将交流电转换成所需的直流电。由于转换次数较多，不仅大大降低了转换器的效率，而且也使电路结构变得复杂，从而提高了转换器的制造成本，降低了转换器的可靠性
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、成本低廉、工作可靠的高效率线性可调变压器。本发明所述问题是由以下技术方案实现的
一种高效率的线性可调变压器，它包括变压器、振荡器、开关管、滤波电容和三个二极管，所述变压器的原线圈接交流电源，次级线圈的输出交流电压经第一二极管和第二二极管全波整流后接第三二极管的正极，第三二极管负极输出的脉动直流电经滤波电容滤波后驱动负载，所述开关管的漏极接第三二极管的正极，源极接变压器次级线圈的中心抽头，控制极接振荡器的输出端。上述高效率的线性可调变压器，所述振荡器包括555时基电路、电位器、第一电阻、三个电容和两个二极管，所述555时基电路的I脚接地，3脚接开关管控制极并经第一电阻接地，4脚和8脚接直流电压，5脚经第一电容接地，7脚接电位器的滑动端，第四二极管的正极接555时基电路的7脚，负极接555时基电路的2脚和6脚，所述电位器的一端接直流电压，另一端接第五二极管的负极，第五二极管的正极接555时基电路的2脚和6脚并经第二电容接地，第三电容的正极接555时基电路的4脚和8脚，负极接地。上述高效率的线性可调变压器，所述振荡器包括电压比较器、双向稳压二极管、第四电容、滑动变阻器、两个二极管和四个电阻，所述电压比较器的输出端接开关管的控制极并经第二电阻接电压比较器的同相输入端，电压比较器的同相输入端经第三电阻接地，反相输入端经第四电容接地；所述双向稳压二极管一端接地，一端接电压比较器的输出端；滑动变阻器的一端接第六二极管的正极，一端接第七二极管的负极，滑动变阻器的滑动触点接电压比较器的输出端，第六二极管的负极与第七二极管的正极连接在一起后经第四电阻接电压比较器的反相输入端；第五电阻是电压比较器输出端的上拉电阻。上述高效率的线性可调变压器，所述滤波电容设置两个，分别是高频滤波电容和低频滤波电容。本发明利用变压器、开关管和二极管构成脉动能量转换电路，该电路在振荡器的控制下将交流电一次性直接转换成负载所需的直流电，通过调节振荡器输出信号的占空比可以实现输出电压的线性调节。同传统线性可调变压器相比，本装置电能转换环节少、效率高，而且具有结构简单、成本低廉、工作可靠、控制方便、线性度好、变压范围宽等优点。
下面结合附图对本发明作进一步说明。图I和图2分别是本发明的两个实施例的电原理 图3是图I和图2中E点的波形 图4是图2电压比较器3脚的波形 图5是图2中电压比较器输出端的波形图。 图中各标号为U1、555时基电路；U2、电压比较器；B、变压器；L1、L2、变压器副线圈；G、开关管；Z、负载；D1 D7、第一二极管 第七二极管；Dz、双向稳压二极管；RP、电位器；Rw、滑动变阻器；Rwl、Rw2、滑动变阻器的滑动触点两侧电阻；C1 C4、第一电容 第四电容；C5、高频滤波电容；C6、低频滤波电容；R1 R5、第一电阻 第五电阻。
具体实施例方式参看图1，本可调变压器由四个部分组成一、由变压器B构成的交流输入隔离电路。二、由变压器副线圈L1、L2和第一二极管D1、第二二极管D2、开关管G组成的脉动能量转换电路。三、由555时基电路Ul和其外围元件组成的震荡电路。四、由第三二极管D3、高频滤波电容C5、低频滤波电容C6组成的整流、滤波电路。下面分别说明每个电路的功能、原理
一交流输入隔离电路它是由副线圈带有中心抽头的变压器B组成，原副线圈分别接入不同电源且通过线圈进行隔离。二 脉动能量转换电路该电路是由变压器副线圈L1、L2、第一二极管D1、第二二极管D2和开关管G组成。变压器副线圈LI、L2组成变压器次级绕组，且L1=L2，在开关管G脉动导通期间，在LI、L2内形成导通电流il、i2，从而将电能转换成磁能存储在线圈中，当LI电压为正向时，由开关管G、第一二极管D1、LI构成的闭合回路中形成电流il，其存储在LI的磁能为ffl=il*il*Ll/2。同理当输入交流电压为反向时，由开关管G、第二二极管D2、L2构成的闭合回路中形成电流i2，其存储在L2中的磁能为W2=il*il*Ll/2。在开关管G关闭期间，存储在变压器副线圈L1、L2中的电磁能以电能形式释放出来，形成较大的反峰电流i0。这个电流会通过第三二极管D3流入到滤波电路中。三震荡电路该电路是由555时基电路及其外围的电阻、电容组成，(该震荡电路也可以是其它形式的电路)
该电路的工作原理是由555时基电路U1、电位器RP、第二电容C2组成固定频率为f=1.43/( RP*C2)的振荡器，通过电位器RP可以改变555时基电路U13脚输出波形的占空比，该波形的占空比控制开关管G的导通时间，该导通时间控制闭合电流il、 2的大小，从而直接控制磁能为Wl=il*il*Ll/2 W2=il*il*Ll/2的大小，从而控制了负载电压的大小。四整流、滤波电路该电路也是输出电路，由第三二极管D3、高频滤波电容C5、低频滤波电容C6组成。其工作原理是低频滤波电容C6用于低频滤波，高频滤波电容C5用于高频滤波。第三二极管D3用于隔离高低电压。脉动能量转换电路产生的脉动能量Wl、W2通过第三二极管D3传递过来进行累计，再通过高频滤波电容C5、低频滤波电容C6进行滤波后提供给负载平稳电压。电路连接顺序为变压器原线圈与交流电源AC相接，副线圈中心抽头为变压器次级总负极，分别与负载Z —端相连，负载Z另一端与第三二极管D3负极相连。第三二极管D3负极与高频滤波电容C5、低频滤波电容C6正极相连，高频滤波电容C5、低频滤波电容C6负极与变压器次级总负极相连.LI次级线圈端头与第一二极管Dl正极相连，第一二极管Dl的负极与第二二极管D2负极、第三二极管D3正极和开关管G的漏极相连，第二二极管D2的正极与变压器次级线圈L2的抽头相连，开关管G的源级与变压器中心抽头相连。变压器中心抽头分别与第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3的负极、555时基电路I脚、第一电阻Rl —端相连,第一电阻Rl另一端与开关管G的控制极、555时基电路输出脚3相连。第 一电容Cl的另一端与555时基电路的5脚相连，第二电容C2的另一端与555时基电路的
2、6脚相连，第三电容C3的另一端正极与555时基电路的供电电源VCC相连。555时基电路的4、8脚与供电电源VCC相连。555时基电路的供电电源VCC与电位器RP —端相连，电位器RP的滑动端与第四二极管D4的正极、555时基电路的7脚相连，第四二极管D4的负极与555时基电路的2、6脚相连。第五二极管D5的正极与555时基电路的2、6脚、第二电容C2的正极相连，第五二极管D5的负极与电位器RP的下端相连。控制关系是电位器RP的滑动端控制555时基电路的3脚输出的脉宽可调的矩形波信号，该信号控制开关管G的控制极电压，开关管G控制极电压的高低控制开关管G的导通时间，开关管G的导通时间控制变压器次级线圈L1、L2的脉动导通电流il、i2，脉动导通电流i I、i2的大小决定电磁能Wl=i l*i l*Ll/2 、W2=i l*i l*Ll/2的大小，从而控制流过第三二极管D3的电流的大小，进而控制负载电压的大小。信号波形变压器输入端信号普通正弦波信号。555时基电路的第三脚输出信号为等幅的矩形波信号。开关管G的漏极(点E)的信号为正弦波(0-180° )与脉冲波调制信号，其脉冲幅度是输出电压减去O. 7V。器件型号变压器B可以是任何的带有次级中心抽头的变压器。电阻、电容没有特殊要求。开关管G可以是场效应功率管。图2是本发明的另一实施例，与图I不同的是，振荡器由电压比较器LM311构成的占空比可调的矩形波发生电路其组成如下
该电路工作电源正极VCC接到LM311的第8脚，LM311的4脚接到工作电源负极(变压器B副线圈的中心抽头)，LM311的第2脚通过第三电阻R3与工作电源负极相连，LM311的2脚通过第二电阻R2与LM311的输出端相连，LM311的输出端通过双向稳压二极管DZ与工作电源负极相连。第五电阻R5的两端分别与LM311的8脚和7脚(输出端)相连。LM311的3脚通过第四电容C4与工作电源负极相连，LM311的3脚经过第四电阻R4与第六二极管D6负极、第七二极管D7正极相连，滑动变阻器RW的两端分别与第六二极管D6正极、第七二极管D7负极相连，滑动变阻器RW的滑动触点与LM311的7脚相连，LM311的7脚(输出端)与控制管G的控制极相连。
振荡器工作原理第四电阻R4、第六二极管D6负极、第七二极管D7、滑动变阻器RW是LM311的正反馈电路，振荡器输出端通过该反馈电路对第四电容C4充放电，其充放电 波形如图4所示，充放电基准电压由双向稳压二极管Dz的稳压值来决定，其占空比大小通过滑动触点的位置来决定。UO通过RW1、第六二极管D6、第四电阻R4对第四电容C4形成充电电流。其充电时间 Tl= (RW1+R4)C41n(l+2R3/R2), T2= (RW2+R4) In(1+2R3/R2)，周期T=T1+T2，占空比 d=Tl/(Tl+T2)。
权利要求
1.一种高效率的线性可调变压器，其特征是，它包括变压器(B)、振荡器、开关管(G)、滤波电容和三个二极管，所述变压器(B)的原线圈接交流电源，次级线圈的输出交流电压经第一二极管(Dl)和第二二极管(D2)全波整流后接第三二极管(D3)的正极，第三二极管(D3)负极输出的脉动直流电经滤波电容滤波后驱动负载(Z)，所述开关管(G)的漏极接第三二极管(D3)的正极，源极接变压器(B)次级线圈的中心抽头，控制极接振荡器的输出端。
2.根据权利要求I所述的高效率的线性可调变压器，其特征在于，所述振荡器包括555时基电路(U1)、电位器(RP)、第一电阻(R1)、三个电容和两个二极管，所述555时基电路(Ul)的I脚接地，3脚接开关管(G)控制极并经第一电阻(Rl)接地，4脚和8脚接直流电压，5脚经第一电容(Cl)接地，7脚接电位器(RP)的滑动端，第四二极管(D4)的正极接555时基电路(Ul)的7脚，负极接555时基电路(Ul)的2脚和6脚，所述电位器(RP)的一端接直流电压，另一端接第五二极管(D5)的负极，第五二极管(D5)的正极接555时基电路(Ul)的2脚和6脚并经第二电容(C2)接地，第三电容(C3)的正极接555时基电路(Ul)的4脚和8脚,负极接地。
3.根据权利要求I所述的高效率的线性可调变压器，其特征在于，所述振荡器包括电压比较器(U2)、双向稳压二极管(Dz)、第四电容(C4)、滑动变阻器(Rw)、两个二极管和四个电阻，所述电压比较器(U2)的输出端接开关管(G)的控制极并经第二电阻(R2)接电压比较器(U2)的同相输入端，电压比较器(U2)的同相输入端经第三电阻(R3)接地，反相输入端经第四电容(C4)接地；所述双向稳压二极管(Dz) —端接地，一端接电压比较器(U2)的输出端；滑动变阻器(Rw)的一端接第六二极管(D6)的正极，一端接第七二极管(D7)的负极，滑动变阻器(Rw)的滑动触点接电压比较器(U2)的输出端，第六二极管(D6)的负极与第七二极管(D7)的正极连接在一起后经第四电阻(R4)接电压比较器(U2)的反相输入端；第五电阻(R5)是电压比较器(U2)输出端的上拉电阻。
4.根据权利要求I、2或3所述的高效率的线性可调变压器，其特征在于，所述滤波电容设置两个，分别是高频滤波电容(C5 )和低频滤波电容(C6 )。
全文摘要
一种高效率的线性可调变压器，用于解决现有线性可调变压器结构复杂和效率低的问题。其技术方案是，它包括变压器、振荡器、开关管、滤波电容和三个二极管，所述变压器的原线圈接交流电源，次级线圈的输出交流电压经第一二极管和第二二极管全波整流后接第三二极管的正极，第三二极管负极输出的脉动直流电经滤波电容滤波后驱动负载，所述开关管的漏极接第三二极管的正极，源极接变压器次级线圈的中心抽头，控制极接振荡器的输出端。本发明电能转换环节少、效率高，而且具有结构简单、成本低廉、工作可靠、控制方便、线性度好、变压范围宽等优点。
文档编号H02M7/217GK102832834SQ20121031770
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者颜广博, 仝磊光, 贾卫平 申请人:长城汽车股份有限公司